Supernova dente di leone rivelata in 3-D

Si pensa che la supernova 1181 si sia verificata quando un’esplosione termonucleare è stata innescata su una stella morta densa chiamata nana bianca.

 

 

Per quasi sei mesi durante l’anno 1181, la gente guardò in cielo una nuova stella scintillante nella costellazione di Cassiopea. Gli astronomi cinesi e giapponesi hanno registrato il raro evento, l’esplosione di una stella o supernova.

Nei secoli successivi, gli astronomi hanno cercato i resti dell’esplosione, ma è stato solo nel 2013 che sono stati finalmente trovati.

Nell’ambito di un progetto di citizen scientist, l’astronomo dilettante Dana Patchick, che aveva setacciato le immagini scattate dal Wide-field Infrared Survey Explorer, o WISE, ha trovato una nebulosa nel sito in cui si era verificata la supernova.

Ulteriori osservazioni convinsero gli astronomi che questa nebulosa, chiamata Pa 30, era in realtà il materiale espulso dalla supernova 1181.

Più tardi, nel 2023, gli astronomi hanno scoperto strani filamenti all’interno del resto di supernova, che assomigliano ai viticci sottili di un fiore di dente di leone.

Ora, con l’aiuto del Keck Cosmic Web Imager (KCWI) costruito dal Caltech presso l’Osservatorio WM Keck di Maunakea, nell’isola delle Hawaii, gli astronomi hanno, per la prima volta, mappato la posizione di quei filamenti insoliti in tre dimensioni, oltre alla velocità con cui fluiscono verso l’esterno dal sito dell’esplosione.

“Un’immagine standard del resto di supernova sarebbe come una foto statica di uno spettacolo pirotecnico”, afferma Christopher Martin, professore di fisica del Caltech, che ha guidato il team che ha costruito KCWI.

“KCWI ci offre qualcosa di più simile a un ‘film’ poiché possiamo misurare il movimento delle braci dell’esplosione mentre si allontanano dall’esplosione centrale”.

Martin è coautore di un nuovo articolo che riporta i risultati pubblicato su The Astrophysical Journal Letters. Lo studio è guidato da Tim Cunningham, Hubble Fellow della NASA presso il Center for Astrophysics |Harvard & Smithsonian (CfA), e la co-autrice principale è Ilaria Caiazzo, ex borsista post-dottorato del Caltech che recentemente è diventata assistente professore presso l’Istituto di Scienza e Tecnologia Austria.

Si pensa che la supernova 1181 si sia verificata quando un’esplosione termonucleare è stata innescata su una stella morta densa chiamata nana bianca.

In genere, la nana bianca verrebbe completamente distrutta in questo tipo di esplosione, ma in questo caso una parte della stella è sopravvissuta, lasciando dietro di sé una sorta di “stella zombie”.

Questo tipo di esplosione parziale è chiamata supernova di tipo Iax. “Poiché si è trattato di un’esplosione fallita, è stata una supernova più debole del normale, il che ha dimostrato di essere coerente con i dati storici”, dice Caiazzo.

Il materiale espulso nell’esplosione del 1181 costituisce la nebulosa Pa 30 che gli astronomi osservano oggi. Mentre gli scienziati sanno che i filamenti peculiari, che brillano di luce dallo zolfo, sono stati generati anche dalla supernova, non sanno come e quando si sono formati.

Per sondare la struttura tridimensionale del resto di supernova, gli astronomi si sono rivolti a KCWI, uno strumento in grado di catturare informazioni a più lunghezze d’onda, o spettrali, per ogni pixel in un’immagine.

È come scomporre la luce catturata in ogni pixel in un arcobaleno di colori. Le informazioni spettrali hanno permesso al team di misurare i movimenti dei filamenti che spuntano dal centro dell’esplosione e, infine, di creare una mappa 3D della struttura.

Il materiale del filamento che vola verso di noi si è spostato verso l’estremità blu della porzione più alta di energia dello spettro visibile (spostato verso il blu), mentre la luce del materiale che si allontana da noi si è spostata verso l’estremità rossa dello spettro (spostata verso il rosso).

Questo è analogo allo spostamento Doppler che si può sentire mentre un camion dei pompieri sfreccia a tutto volume. Mentre il veicolo si muove verso di noi, le onde sonore del suo clacson vengono compresse in frequenze più alte; Man mano che il camion si allontana da noi, le onde sonore si allungano a frequenze più basse.

In particolare, questo studio ha utilizzato il “braccio rosso” dello strumento KCWI, che è stato installato all’Osservatorio Keck la scorsa estate. Il KCWI è costituito da due metà: una cattura le lunghezze d’onda della luce all’estremità blu dello spettro visibile e l’altra metà copre l’estremità rossa oltre alla luce infrarossa.

“L’aggiunta del braccio rosso ha più che raddoppiato la copertura spettrale di KCWI e ha reso possibili queste osservazioni”, afferma Nikolaus Prusinski, studente laureato e coautore del Caltech.

“Questa mappa 3D comprende le misurazioni spaziali e spettrali più sensibili di Pa 30 fino ad oggi e detiene l’attuale record per la più grande regione contigua rilevata con il canale rosso”.

I risultati hanno mostrato che il materiale del filamento nella supernova sta volando verso l’esterno dal sito dell’esplosione a circa 1.000 chilometri al secondo.

“Scopriamo che il materiale nei filamenti si sta espandendo balisticamente”, afferma Cunningham. “Ciò significa che il materiale non è stato rallentato né accelerato dopo l’esplosione. Dalle velocità misurate, guardando indietro nel tempo, si può individuare l’esplosione quasi esattamente nell’anno 1181”.

Le informazioni 3D hanno anche rivelato una grande cavità all’interno della struttura sferica e sottile, oltre ad alcune prove che l’esplosione della supernova del 1181 è avvenuta in modo asimmetrico.

Per quanto riguarda il modo in cui i filamenti si sono formati dopo l’esplosione, gli scienziati sono ancora perplessi. “Un’onda d’urto inversa potrebbe condensare la polvere circostante in filamenti, ma non lo sappiamo ancora”, dice Cunningham. “La morfologia di questo oggetto è molto strana e affascinante”.

Crediti: Osservatorio WM Keck / Adam Makarenko